第一章蛋白质化学

生物化学简明教程

Biochemistry杨如意MPangruyi@课程介绍课程性质：环境科学专业基础课程学分:3总学时:51周学时：4考核方式:平时成绩30%（作业+出勤）+期末成绩70%教材：罗纪盛等修订，高等教育出版社《生物化学简明教程》参考书：沈同、王镜岩主编《生物化学》上下册；赵文恩等编著《生物化学》化学工业出版社；刘志国主编《新编生物化学》中国轻国业出版社；郭勇编著《现代生化技术》科学出版社；王镜岩等编译《生物化学》科学出版社。生物化学的产生与发展20世纪初，生物化学成为一门独立的学科。1903年德国人Neuberg（纽伯格）提出了“Biochemistry”。SomemajoreventsinthehistoryofBiochemistry1828Wohlersynthesizedureafromammoniumcyanateinthelab.1897Buchnerdemonstratedfermentationwithcellextracts.Invitro(“inglass”)studybegan.1926Sumnercrystallizedurease.1944Avery,MacLeod,andMcCartyshowedDNAtobetheagentofgenetictransformation.1953WatsonandCrickproposedthedoublehelixforDNA1959Perutzdetermined3-Dstructureofhemoglobin.1966Geneticcodesunveiled.1937Krebselucidatedthecitricacidcycle.Beingdynamicforonlyabout100years.NH4CNO→CO(NH2)2Inorganic

→

organicsugar→ethanolEndingvitalism,beginningphysicsandchemistry.

1869Miescherisolatednucleicacids.1925Theglyclolyticpathwayrevealed国内生物化学的发展生物化学家和营养学家吴宪20世纪20年代后期建立了制备血滤液的方法以及测定血糖的方法（Folin-Wu法）20世纪30年代，1931年蛋白质变性理论2项突出成果1965年合成了具有生物活性的牛胰岛素

1981年合成了具有生物活性的酵母丙氨酸tRNA最近二、三十年生物工程目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙型肝炎疫苗、SOD（超氧化物歧化酶）、人生长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。我国于1993年启动人类基因组计划（HGP,1%）

生物化学的概念生物化学是研究生命现象的一门学科，它主要用化学的理论和方法研究生物体的化学组成以及生命活动过程中的一切化学变化，从而揭示生命的奥秘。

生物化学的研究内容1．研究组成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白质、核酸）以及对体内的化学反应起催化和调节作用的生物活性物质（酶、维生素、激素）的结构、性质和功能。2．研究糖类、脂类、蛋白质和核酸在生命活动过程中进行的化学变化，也就是新陈代谢，以及代谢过程中能量的转换和代谢调节。3．研究遗传信息的传递和表达。第一章蛋白质化学什么是蛋白质（Protein）？是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的生物大分子。一、蛋白质的生物学意义生物催化剂—酶（enzyme）；物质运输的通道—transporter；生命体的运动—肌动和肌球蛋白；生物防御体系—抗体（antibody）；一种糖蛋白—干扰素（interferon）；生物膜（bio-membrane）、遗传信息的调控（regulation）。总而言之，一切重要的生理活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命现象的最基本的物质基础。

二、蛋白质的元素组成元素组成：所有蛋白质都含有C、H、O、N四种元素，大多数蛋白质还含有少量的S，有些蛋白质还含有一些其它元素，如P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等。各种蛋白质的含氮量都很接近，都在16%左右。蛋白质含量＝含氮量×6.25三、蛋白质氨基酸组成用酸、碱或酶将蛋白质彻底水解，可以得到许多种氨基酸的混合物，说明氨基酸是蛋白质的基本结构单位。

氨基酸（aminoacid,Aa）（一）氨基酸的结构通式（commonstructurefeatures）WhentheRgroupcontainsadditionalcarbonsinachain,theyaredesignatedα,β,γ,δ,ε,etc.,proceedingoutfromtheacarbon.R除脯氨酸（Pro）外，其他19种氨基酸均为α-氨基酸。而脯氨酸为α-亚氨基酸。Pro构型（configuration）：组成蛋白质的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。

立体异构（enantiomersorstereoisomers）

D,LsystemL-(-)甘油醛L-glyceraldehydeD-(+)甘油醛D-glyceraldehyde参照物

Anasymmetric(chiral)carbon,linkingtofourdifferentsubstituents,canhavetwoconfigurations,producingapairofstereoisomerscalledenantiomers(对映体).ThetwoareenantiomersThetwoarethesameConfigurationmayalsoresultfromthepresenceofasymmetriccarbons.对映体1948年由LouisPateur首次发现，它们几乎具有相同的化学特性，但是会使偏振光（plane-polarizedlight）向相反的方向旋转相同的角度。一对具有旋光活性的对映体将会使偏振光向着相反的方向旋转相同的角度。组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“-”号表示，向右旋转的称右旋，用“＋”号表示。外消旋内消旋消旋氨基酸的立体异构与旋光异构没有直接的对应关系。各种Ｌ-型氨基酸中有左旋也有右旋的。除甘氨酸以外，蛋白质水解的其他α-氨基酸均为Ｌ-型。光吸收：组成蛋白质的氨基酸中，Trp、Tyr和Phe对紫外光有一定的吸收，这是因为它们分子中含有苯环，是苯环的共轭双键造成的，这三个氨基酸的光吸收都在280nm附近。表1天然氨基酸的旋光性（二）氨基酸的分类1.根据侧链的化学结构脂肪族氨基酸（aliphaticAa，15种）甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、甲硫氨酸（Met）、半胱氨酸（Cys）、丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）、谷氨酸（Glu）、谷氨酰胺（Gln）、天冬氨酸（Asp）、天冬酰氨（Asn）、赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）。芳香族氨基酸（aromaticAa)苯丙氨酸（Phe）、酪氨酸（Tyr）杂环氨基酸（heterocyclicAa）组氨酸（His）、色氨酸（Trp）杂环亚氨基酸（heterocyclicAa）脯氨酸（Pro）2.根据侧链R基团的不同，分为极性和非极性两大类，四小类Nonpolar

Nonpolar

具有非极性或疏水性侧链的氨基酸，在水中的溶解度较极性氨基酸小，其疏水程度随着脂肪族侧链的长度增加而增大。甘氨酸的特殊性按理甘氨酸应属于极性氨基酸（侧链为H），但α-碳原子上的H受到易解离的α-氨基和α-羧基的影响，体现不出它的极性，因此可以列为非极性氨基酸。带有极性，极性基团（极性基团处在疏水氨基酸和带电荷的氨基酸之间）能够与适合的分子例如水形成氢键。丝氨酸，苏氨酸和酪氨酸的极性与它们所含的羟基有关，天冬酰胺，谷氨酰胺的极性同其酰胺基有关。而半胱氨酸则因含有巯基，所以属于极性氨基酸，甘氨酸有时也属于此类氨基酸。半胱氨酸和酪氨酸是这一类中具有最大极性基团的氨基酸，因为在pH值接近中性时，巯基和酚基可以产生部分电离。在蛋白质中，半胱氨酸通常以氧化态的形式存在，即胱氨酸。当两个半胱氨酸分子的巯基氧化时便形成一个二硫交联键，生成胱氨酸。天冬酰胺和谷氨酰胺在有酸或碱存在下容易水解并生成天冬氨酸和谷氨酸。带正电荷侧链（在pH接近中性时）的氨基酸包括赖氨酸，精氨酸和组氨酸，它们分别具有ε-NH2，胍基和咪唑基（碱性）。这些基团的存在是使它们带有电荷的原因，组氨酸的咪唑基在pH7时，有10%被质子化，而pH6时50%质子化。带有负电荷侧链的氨基酸（pH接近中性时）包括天冬氨酸和谷氨酸。由于侧链为羧基（酸性），在中性pH条件下带一个净负电荷。其他氨基酸鸟氨酸瓜氨酸4－羟(基)脯氨酸5－羟(基)赖氨酸硒代半胱氨酸链霉素6-N-甲基赖氨酸γ-羧基谷氨酸（三）氨基酸的重要理化性质1.一般物理性质α-氨基酸为无色晶体，熔点一般在200℃以上。不同氨基酸的味道有所不同。溶解度差别很大，溶于稀酸碱，不溶于有机溶剂（可以用酒精沉淀分离）。2.两性解离和等电点氨基酸是两性离子（Zwitterion），存在能够释放质子的-NH3+和接受质子的-COO-。两性离子氨基酸溶于水时，正负离子都能解离，解离程度与pH有关。Asanacid（protondonor）Asabase（protonacceptor）不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在：

正离子两性离子负离子

氨基酸所带静电荷为0时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectricpoint），以pI表示。此时，溶解度最小，容易沉淀（等电点沉淀）。实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。

当溶液的pH=pI时，氨基酸主要从两性离子形式存在。pH<pI时，氨基酸主要以正离子形式存在。pH>pI时，氨基酸主要以负离子形式存在。等电点的计算

中性氨基酸：以Gly为例

酸性氨基酸，以Asp为例：碱性氨基酸，以Lys为例：羧基的解离度大于氨基（α-羧基最大），所以中性氨基酸的pI在pH6.0左右，碱性氨基酸pI较大，酸性氨基酸较小。PI(碱性>中性>酸性）3.氨基酸的化学性质氨基酸的α-氨基、α-羧基以及侧链均可参加反应。（1）与茚三酮的反应除Pro以外，其他氨基酸与茚三酮反应均生成蓝紫色产物（570nm），Pro生成的产物为黄色（440nm）。茚三酮反应非常灵敏，可以用于氨基酸的定性和定量测定。多肽和蛋白质也可反应，但灵敏度差。纸层析法分离混合氨基酸。此反应是α-氨基和α-羧基共同参与的反应。层析（色谱，chromatography）分离技术层析分离是利用混合液中各组分的物理化学蛋白质（分子大小和形状、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数等）的不同，使各组分以不同比例分布在两相中。其中一个相是固定的，称为固定相，另一个相是流动的，称为流动相。分配系数分配系数Kd=CA/CBCA：一种物质在A相（流动相）中的浓度CB：一种物质在B相（固定相）中的浓层析的类型吸附层析分配层析离子交换层析凝胶层析亲和层析层析聚焦纸层析

单向纸层析图Rf值双向纸层析图（2）与甲醛的反应（α-氨基）羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸氨基酸的甲醛滴定酚酞作指示剂，NaOH滴定，终点为紫色。只能滴定单一的氨基酸，不能滴定混合样品。可以测定蛋白质的水解程度。（3）与2,4-二硝基氟苯的反应

（α-氨基）2,4-二硝基氟苯DNP-氨基酸（黄色）多肽或蛋白质的α-氨基也能与DNFB反应，生成DNP-多肽和DNP-蛋白质。DNP-氨基酸与其他氨基酸的溶解度不同，可以用乙醚将DNP-氨基酸抽提（extract，萃取）出来。上述方法曾用于胰岛素一级结构的测定（F.Sanger）与5-二甲氨基萘-1-磺酰氯（dansylchloride,DNS-Cl）的反应

（4）与异硫氰酸苯酯的反应

（α-氨基）反应条件：弱碱性。此反应也可以用以测定多肽或蛋白质序列（Edman反应）。测定条件：酸水解，乙酸乙酯抽提。PTC-氨基酸PTH-氨基酸（5）与荧光胺反应

（α-氨基）反应非常灵敏，产物有荧光。可用荧光分光光度法测定氨基酸含量。荧光胺Fluorescamine（6）与5,5-双硫基-双-2-硝基苯甲酸反应（α-氨基）半胱氨酸的-SH参与的反应。产物在412nm有一个最大吸收峰，可测定半胱氨酸的含量。是否可以测定蛋白质含量？需要哪些条件？α-羧基参与的反应成盐和成酯反应。成酰氯反应（与PCl5）。成酰胺反应。脱羧反应。叠氮反应。四、肽（peptide）氨基酸的α-氨基和α-羧基缩水而成的化合物称为肽。形成的键称为肽键，或酰胺键。Peptidebond二肽三肽四肽二肽→十肽称寡肽（oligopeptide）多肽（Polypeptide）肽的命名命名：根据氨基酸组成，由N端→C端命名丙氨酰甘氨酰亮氨酸Ala－Gly－Leu(orAla•Gly•Leu)氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。

N端氨基酸残基氨基酸残基C端肽链书写方式：N端→C端

肽链有链状、环状和分支状。

两性解离与等电点肽的等电点：肽所带净电荷为“零”时，溶液的pH值。由于肽中N端自由氨基和C端自由羧基之间的距离比氨基酸中的大，因此它们之间的静电引力较弱。肽中C端-COOH的pK略大于氨基酸中的pK值，pK1↑。N端-NH3+的pK略小于氨基酸中的pK值，pK2↓。R基的pK变化不大。

例：已知末端α-COOH，pK3.6，末端α-NH3+pK8.0，ε-NH+3pK10.6。

计算Ala-Ala-Lys-Ala的等电点。pI=(8.0＋10.6)/2=9.3天然的活性肽（一）谷胱甘肽（glutathione，GSH）存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽，由Glu、Cys和Gly组成。GSH的特殊性：具有一个γ-肽键，由谷氨酸的γ-羧基和半胱氨酸的α-氨基缩合而成。GSH含有一个活泼的-SH，很容易被氧化，两分子GSH脱H以二硫键相连形成氧化型的GSSG。（二）催产素和升压素属于激素类（Hormone）。均由下丘脑神经细胞合成，最终释放到血液。都是9肽，分子中有环状结构。138功能催产素：使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产及使乳腺排乳的作用。加压素：促进血管平滑肌收缩，使血压升高，并具有减少排尿的功能。两者均与记忆有关，功能相反。（三）促肾上腺皮质激素（ACTH）由腺垂体分泌的一种由39个Aa组成的多肽。活性部位为第4-10的7肽：Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。功能：促进肾上腺皮质的生长和肾上腺皮质激素的合成和分泌。其他部位如大脑和下丘脑也可以分泌ACTH。（四）脑肽种类很多，脑啡肽（enkephalin）是在高等动物大脑中发现的，具有镇痛功能，比吗啡的功能更强。1975年脑啡肽的结构被阐明，并分离出两种脑啡肽。1982年我国人工合成了Leu-脑啡肽。甲硫氨酸脑啡肽 Tyr–Gly–Gly–Phe-Met

亮氨酸脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu

（五）胆囊收缩素

（cholecystokinin,cck）

消化管分泌与消化机能相适应的活性肽。小肠：胃泌素，促进胃酸分泌。十二指肠、空肠：肠促胰泌素，可刺激胰脏分泌HCO3-，增强十二指肠对胆囊收缩素（33个Aa）的分泌。（六）胰高血糖素胰脏α-细胞可分泌胰高血糖素，为29肽。可调节控制肝糖原降解产生葡萄糖，以维持血糖水平，还能够引起血管舒张，抑制肠的蠕动及分泌。五、蛋白质结构蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或多条以上的多肽链按各自特殊方式组合成具有完整生物活性的分子。蛋白质与多肽的主要区别：分子量和空间结构。蛋白质的结构层次一级结构（primarystructure）；二级结构（secondarystructure）；超二级结构（supersecondarystructure）；结构域（domain）；三级结构（tertiarystructure）；四级结构（quaternarystructure）。（一）蛋白质的一级结构蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序（序列）就是蛋白质的一级结构。氨基酸残基：氨基酸的α-氨基和α-羧基缩水合形成的基团。多肽或蛋白质的书写方式：氨基末端或N末端写在左边（H），羧基末端或C末端写在右边（OH）。二硫键蛋白质分子的结构有链状、环状、分枝状等多种形式。二硫键是由两个Cys残基连接而成，是连接肽链内或肽链间的主要桥键。二硫键起着稳定肽链空间结构的作用，并与生物活性有关。胰岛素（insulin）是由动物胰脏中胰岛β－细胞分泌的一种分子量较小的蛋白质激素，可降低血糖含量。是第一个被阐明一级结构的蛋白质，由A（21）、B（30）两条链组成，有3个二硫键，二硫键被破坏将影响胰岛素的活性。胰岛素的一级结构（1953）不同结构层次间的关系一级结构是最基本的，它包含着决定蛋白质高级结构的因素。一级结构的测定一级结构测定的原则：（1）测定蛋白质中氨基酸组成；（2）蛋白质的N端和C端的测定；（3）应用两种或两种以上不同的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段。（4）分离提纯所产生的肽，并测出它们的序列。（5）从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白质中全部氨基酸排列顺序。序列测定前的准备工作样品的纯度相对分子质量肽链的数目氨基酸组成一级结构的测定主要用小片段重叠的原理找重叠肽从而推断整个肽链的氨基酸序列二硫键位置的确定用过甲酸氧化二硫键，使胱氨酸生成两个半胱氨磺酸。然后采用电泳法可分离由二硫键断裂产生的肽链。二硫键位置的确定

Thecentraldogma

中心法则Flowofinformationingeneexpression中心法则的应用从DNA序列反推蛋白质序列。但DNA序列跟蛋白质序列并非一一对应。FrederickSangerCambridgeBorn1912

Nobelprice1958and1980Sangerdevelopedmethodsforsequencingbothproteinsandnucleicacids,andgotthepricetwice.Insulin（二）蛋白质的空间结构蛋白质分子的多肽链并不是线形伸展，而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。蛋白质的空间结构通常称为蛋白质的构象（又称高级结构），是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。蛋白质空间结构的研究方法(1)X-射线衍射法（X-raydiffractionmethod）

(2)核磁共振（NMR）(3)光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）(4)旋光色散法（opticalrotatorydispersion,ORD）(5)园二色性（circulardichroism,CD）(6)氢同位素交换法X-射线衍射法

早在20世纪30年代，Pauling和Corey就开始有X-射线衍射方法研究了氨基酸和肽的结构，他们得到了重要的结论:(1)肽键的键长介于C-N单键和双键之间，具有部分双键的性质，不能自由旋转。(2)肽键中的四个原子和它相邻的两个α-碳原子处于同一平面，形成了酰胺平面，也称肽键平面。(3)在酰胺平面中C=O与N-H呈反式。肽平面或酰胺平面

多肽链的主链由许多酰胺平面组成，平面之间以α碳原子相隔。而Cα-C键和Cα-N键是单键，可以自由旋转，其中Cα-C键旋转的角度称ψ，Cα-N键旋转的角度称φ。ψ和φ这一对两面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置，也就决定了肽链的构象。

空间构象的限制6个原子中有1/3（C－N）不能自由旋转。侧链R对单键的旋转有限制作用，所以蛋白质的空间构象有限。1.蛋白质的二级结构主要是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。天然蛋白质一般均含有α-螺旋、β-折叠和β-转角的结构。（1）α-螺旋（α-helix）1951年美国Pauling和Corey等人在研究纤维状蛋白质时，提出了α-螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在α-螺旋。

α-螺旋结构要点（1）每隔3.6个残基（residue），螺旋上升一圈，螺旋体的中心轴每上升一圈相当于向上平移0.54nm，每个残基上升0.15nm，每一圈每个残基旋转100°（2）在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。（3）α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。α-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。

氢键（H-bond）的结构

除了上面这种典型的α-螺旋外，还有一些不典型的α-螺旋，所以规定了有关螺旋的写法，用“ns”来表示，n为螺旋上升一圈氨基酸的残基数。s为氢键封闭环内的原子数，典型的α-螺旋用3.613表示，非典型的α-螺旋有3.010，4.416（π螺旋）等。α-螺旋的稳定性在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，α-螺旋就不稳定。在多肽链中只要出现Pro，α-螺旋就被中断，产生一个弯曲（bend）或结节（kink）。Gly的R基太小，难以形成α-螺旋所需的两面角，所以和Pro一样也是螺旋的最大破坏者。肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成α-螺旋。

（2）β-折叠（β-repeatedsheet）也是Pauling等人提出来的，它是与α-螺旋完全不同的一种结构。β-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。在两条相邻的肽链之间形成氢键。β-折叠β-折叠有平行和反平行的两种形式:

平行（parallel）反平行（antiparallel）平行和反平行平行：所有肽链的N端处于同一端，为同方向，如β-角蛋白。反平行：肽链的N端一顺一倒的排列，如丝心蛋白。反平行更稳定。每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平行的是0.35nm。反平行的链间氢键与肽链走向平行。（3）β-转角(β-turn)β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180º的回折，在回折角上的结构就称β-转角，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H之间形成氢键。

Gly的侧链为H，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。Pro残基的环状侧链的固定取向有利于多肽链β-转角的形成，它往往出现在转角部位。（4）自由回转又称无规卷曲、自由绕曲。无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，但许多蛋白质（如酶）的功能部位常常埋伏在这里。hairpinloop(发夹环结构)2.超二级结构和结构域超二级结构是1973年Rossmann提出的，它是指由若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。主要有βαβ，βββ，

αα，ββ等。

结构域（domain）超二级结构在层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域。结构域是球状蛋白的折叠单位和基本功能单位，多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球状的结构。在空间上彼此分隔，各自具有部分生物功能的结构。对于较大的蛋白质分子或亚基（subunit），多肽链通常由两个或两个以上相对独立的结构域缔合成三级结构；对于较小的蛋白质或亚基，结构域和三级结构是等同的，即这些蛋白质是单结构域的。丙糖磷酸异构酶和丙酮酸激酶的β-圆桶结构域肌红蛋白和血红蛋白β-亚基为什么要形成结构域？动力学：一条长的多肽链先折叠成几个相对独立的区域，再缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构更合理。功能：酶蛋白的活性中心往往位于结构域之间，因为连接各个结构域的常常是一条松散的肽链，使结构域在空间上摆动比较自由，容易形成适合底物结合的空间。3.蛋白质的三级结构三级结构是指多肽链上的所有原子（包括主链和残基侧链）在三维空间的分布。三级结构研究最早的是肌红蛋白（myoglobin），1963年Kendrew等用X射线衍射技术对抹香鲸肌红蛋白的研究中发现。由153个Aa残基和血红素辅基组成的一条肽链。有8段α-螺旋体。内部疏水，外部亲水。只有一个结构域。4.蛋白质的四级结构亚基（subunit）：大多数相对分子量大的蛋白质都是由几个多肽链组成一个活性单位。这些肽链相互以非共价键联结成一个相当稳定的单位，这种肽链就称为该蛋白质的亚基。亚基与肽链的关系四级结构：指的是亚基间的相互关系，空间的排布，亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象。血红蛋白（hemoglobin）的四个亚基血红蛋白由2条α和2条β共4个亚基组成。α和β链的一级结构差异很大，但三级结构基本相同，与肌红蛋白很相似。四级结构由分子表面的次级键（盐键和H键）结合而成。5.胶原蛋白的构象是动物体内最丰富的蛋白质，占有机体蛋白总量的1/3，是皮肤、肌腱、韧带、软骨、巩膜、角膜的主要组成成分。由许多原胶原分子组成，每个原胶原分子是由三条肽链组成的三股螺旋，每股螺旋都是左手螺旋。原胶原蛋白（三）蛋白质分子中的共价键

与次级键共价键（一级结构）：肽键和二硫键；次级键（高级结构）：氢键、盐键、疏水键、范德华力、配位键。H键，由H同电负性大的原子形成的吸引作用力，键能较小，但Pr中大量存在。疏水键是多肽链上疏水性较强的Aa的非极性侧链避开水相自相粘附聚集在一起形成的，对维持Pr的三级结构有重要作用。盐键是通过Pr中带正、负电荷的侧链基团互相接近，通过静电吸引而形成的。范德华力，实质是静电力，分为定向力、诱导力和分散力。a离子键b氢键c疏水键d范德华引力六、蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的生物功能是以其化学组成和结构为基础的。蛋白质的空间构象取决于其一级结构和周围环境。（一）蛋白质一级结构与功能的关系1.种属差异不同有机体中执行同一功能的蛋白质的氨基酸排列顺序存在十分明显的种属差异。例1胰岛素来自哺乳动物、鸟类和鱼类的胰岛素一级结构都是由51个氨基酸组成，但排列顺序有的差异。主要差异在A链小环的8、9、10和B链30位氨基酸残基。这4个氨基酸的改变不影响胰岛素的功能，但所有来源的胰岛素中二硫键的位置是固定不变的，说明其对胰岛素的功能十分重要。表1-5不同哺乳动物的胰岛素分子中的氨基酸差异例2细胞色素C（cytC）广泛存在于需氧生物细胞的线粒体（mitochondrion）中，是一种与血红素辅基相结合的单链蛋白质，在生物氧化中起重要作用。亲缘关系越近cytC组成和结构的相似性越大，从而为生物的进化提供了证据。与功能密切相关的氨基酸序列是不变的。表1-6不同生物与人的细胞色素c相比较的氨基酸差异数目2.分子病蛋白质一级结构中的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。如非洲人中流行的一种镰刀型贫血病（sickle-cellanemia），是由于病人的血红蛋白（Hb-S）与正常人的血红蛋白（Hb-A）相比有两个氨基酸的差异引起的。正常红细胞呈双凹型，无氧状态下仍然分散；异常呈镰刀型，无氧状态下呈聚集分布。β-链的第6位氨基酸（Glu）被Val所取代（二）蛋白质构象与功能的关系别构现象（allostericeffect）：蛋白质的构象并不是固定不变的，当有些蛋白质的表现其生物活性时，其构象发生改变，从而改变了整个分子的性质，这种现象就称为别构现象（别构效应、变构效应）。具有这种现象的蛋白质叫别构蛋白。S-形（S-shaped）氧合曲线脱氧Hb对氧的亲和能力低于单独的α-或β-亚基，也低于Mb。随着氧浓度的增加，当氧首先与其中一个α-亚基结合以后，该亚基的构象发生变化，又引起另外3个亚基的构象发生变化，亚基间的次级键破坏，分子的空间构象发生改变。所有亚基血红素铁更容易与氧结合，因而Hb与氧的结合速率大大加快。RectangularhyperbolaSigmoid(S-shaped)2.8267.5torr=1kPaP50ofMbP50ofHbpO2inlungpO2intissue0.50S-形曲线和波尔效应（Bohreffect）血红蛋白在肺部和组织中的氧合能力。H+、CO2和有机磷酸（二磷酸甘油酸，DPG）等促进HbO2释放O2，这称为波尔效应。波尔效应七、蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量蛋白质的相对分子量很大，一般在1,0000－1,000,000之间。蛋白质（包括核酸）的分子量常用S表示。沉降系数（sedimentationcoefficient）：一般是指单位（cm）离心场里的沉降速度称为沉降系数，用S表示，一个S为1×10-13秒。（二）蛋白质的两性电离及等电点蛋白质也是两性电解质。能解离的基团除α-氨基和α-羧基以外，还有侧链的ε-氨基、β-羧基、γ-羧基、咪唑基、胍基、酚基、巯基等。蛋白质的两性解离pH=pIpH<pIpH>pI蛋白质的等电点与其氨基酸的种类和数量有关。如鱼精蛋白（12-12.4）、胃蛋白酶（1-2.5）。等电点时蛋白质溶解度最小，容易聚集而沉淀。因此，可利用此特性进行分离、提纯。电泳（electrophoresis）带电的大分子化合物在电场中移动（与带电荷相反）的现象称为电泳。蛋白质分子电泳的方向和速度取决于其带电性、电荷多少、分子量以及颗粒大小。电泳法常用于混合蛋白质的分离和提纯。（三）蛋白质的胶体性质蛋白质相对分子量大，在水溶液中的形成的颗粒具有胶体溶液的特征（布朗运动、丁道尔现象、电泳现象、不能透过半透膜以及具有吸附能力等）。透析（dialysis）：将混有小分子杂质的蛋白质通过半透膜进行纯化的过程，称为透析。蛋白质形成稳定的亲水胶体的原因：水化层和所带电荷。（四）蛋白质的沉淀反应1.加高浓度盐类盐析（saltout）：高浓度盐可以破坏蛋白质胶体周围的水膜，同时又中和了蛋白质分子的电荷，因此使蛋白质产生沉淀，这种加盐使蛋白质沉淀析出的现象，称盐析。如点卤。2.加有机溶剂破坏蛋白质的亲水层。3.加重金属盐碱性溶液中与重金属离子作用而沉淀。4.加某些酸类能和蛋白质化合成不溶解的蛋白质盐而沉淀。（五）蛋白质的变性变性（denaturation）：天然蛋白质因受物理或化学的因素影响，其分子内部原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学性质有所改变，但并不导致蛋白质一级结构的破坏，这种现象称变性作用。蛋白质变性的实质：高级结构被破坏，共价键不变，生物活性丧失。引起蛋白质变性的